CN106025395A - 一种对称电池 - Google Patents

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刘洪涛
刘文静
徐梦莹
刘开宇
桑商斌
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Abstract

本发明涉及一种新的化学电源——对称电池，即正(阴)、负(阳)极采用相同电极材料的电池，电极材料可以同时含有两种或两种以上的过渡金属元素。相对于传统电池，对称电池工艺设计更简单，更容易加工制作，设备成本更低。本发明提出的对称电池采用两个相同的电极分别用作电池的正、负极，生产电池所需的电极加工和制作工艺及其相关设备仅需要一套，可以大大降低企业投入生产门槛。

Description

一种对称电池
技术领域
本发明属于电化学储能领域，涉及一种新型电池技术。
背景技术
电池是当前最重要的一种电化学储能技术。一般包括正(阴)极、负(阳)极、电解液、隔膜、外壳附件等基本组成。其中正(阴)极材料要求活性物质具有较高的氧化还原电极电势，而负(阳)极材料的活性物质应具有较低的氧化还原电极电势，这样可以获得高的电池电动势。因此，传统电池技术都采用非对称设计，即正(阴)极和负(阳)极采用不同的电极材料。尽管非对称电池更容易设计并已有广泛的应用，如锂离子电池、铅酸电池、镍氢电池、碱锰电池等。但所有这些电池在制作和生产过程中，都需要分别考虑正极和负极，需要两套独立的材料加工和电极制作工艺路线，因而所需的设备、原材料和技术成本相对较高。
对称电池充电后与传统非对称电池的储放电机制完全一致，因此，是一种可行的电池技术。新组装的对称电池由于完全处于放电态，只有充电后才具备传统非对称商品电池的功能。例如：对称电池的电极材料AB包含两种不同活性组分A和B，充电后，正极中的一种活性组分A转化成高氧化态形式AO，负极中的另一活性组分B转化为低氧化态形式(还原态)BR，即AB充电后分别在正、负极以AOB和ABR形式存在，其电动势为两个电对AOB/AB与AB/ABR的氧化还原电极电势差。
发明内容
本发明旨在设计一种新型对称电池，与传统电池技术相比，对称电池的正(阴)极材料与负(阳)极材料完全相同。
特别地，要求电极材料的主体是由两种以上(含两种)过渡金属元素组成的复合物，并且每种过渡金属元素存在两种以上(含两种)稳定的化合态形式。
本发明提出的对称电池采用两个相同的电极分别用作电池的正、负极，生产电池所需的电极加工和制作工艺及其相关设备仅需要一套，可以大大降低企业投入生产门槛。在电池的实际生产中，非对称电池有时存在正、负极活性材料荷电状态不一致的情况，就必须对单个电极或两个电极分别充电使电池的正、负极均为充电态。而对称电池只需一次性对电池充电就可正常使用。因此，对称电池的充电化成更简单。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的技术特点做进一步说明，但并不限制本发明内容及其权利要求。
对称电池的正极(cathode)和负极(anode)均由同样的电极活性材料ABY组成。充电(charge)时，正极活性物质ABY发生氧化反应转化为荷电态AOBY，负极活性物质ABY发生还原反应转化为荷电态ABRY。电池的电动势为电极对AOBY/ABY与ABY/ABRY的氧化还原电势差。放电(discharge)时，正极的AOBY还原向ABY态转化，负极的ABRY氧化向ABY态转化，最终两个电极均回到同样的初始态。
所述的A和B可以是过渡金属元素组成的复合物，并且每种过渡金属元素存在两种以上(含两种)稳定的化合态形式。如A可以为Co、Ni、Cu等易形成较高电极电势对的元素，B可以为Mn、Fe、V等能形成较低电极电势对的元素。

Claims (3)

1.一种对称电池，其特征在于：正负极或者阴阳极采用相同的电极材料。
2.如权利要求1所述的对称电池，其特征在于：所述的电极材料同时含有两种或两种以上的过渡金属元素。
3.如权利要求2所述的对称电池，其特征在于：所述的过渡金属元素存在两种或两种以上不同氧化态的稳定形式。
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